為了滿足2050年世界人口對(duì)糧食的需求,全世界必須用更少的土地、水、能源、化肥和農(nóng)藥等投入來增產(chǎn)70%~100%。而這些,需要依靠生物技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新來突破資源瓶頸。目前,美國(guó)大多數(shù)被認(rèn)證的生物技術(shù)作物都是集中于改良農(nóng)藝性狀,而主要的改良性狀是耐除草劑(主要為草甘膦)和抗蟲。
以大豆為例,基于美國(guó)農(nóng)業(yè)部提供的數(shù)據(jù),耐除草劑大豆的種植面積比例從1997年的17%增長(zhǎng)到2001年的68%,到2014年達(dá)到了94%。耐除草劑棉花的種植比例從1997年的10%到2001年占56%,在2014年達(dá)到了91%。
一直以來,有效防除雜草是大豆生長(zhǎng)過程中面臨的最大問題。雜草與大豆植株競(jìng)爭(zhēng)光照、水分和養(yǎng)分,雜草還是病、蟲害的宿主,茂盛的雜草在機(jī)械化收獲時(shí)會(huì)磨損機(jī)械,干擾收獲。與雜草競(jìng)爭(zhēng)引起產(chǎn)量損失相關(guān)的主要因素是:雜草種類、雜草密度和競(jìng)爭(zhēng)持續(xù)時(shí)間。如果雜草在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)都與大豆?fàn)帄Z光照、水分和養(yǎng)分,由此導(dǎo)致的產(chǎn)量損失可高達(dá)75%以上。
最早的抗除草劑技術(shù)即抗草甘膦大豆于1996年被批準(zhǔn)商業(yè)化種植?共莞熟⒋蠖沟耐茝V應(yīng)用,為農(nóng)民提供了有效的雜草控制措施,減少了因機(jī)械除草所帶來的產(chǎn)量損失。同時(shí)也使得采用免耕少耕技術(shù)、減少水土侵蝕或流失成為可能。其經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益極其顯著。但由于長(zhǎng)時(shí)間施用草甘膦除草劑,世界一些地方均出現(xiàn)關(guān)于某些雜草對(duì)草甘膦產(chǎn)生抗性的報(bào)道。采用不同作用機(jī)制的除草劑混合使用,是有效控制雜草對(duì)除草劑產(chǎn)生抗性的重要途徑。
2015年初,美國(guó)農(nóng)業(yè)部宣布批準(zhǔn)孟山都公司研發(fā)的新一代抗麥草畏大豆。這種大豆含有一個(gè)來自嗜麥芽寡養(yǎng)單孢菌的麥草畏單加氧酶基因,能有效防治草甘膦難以控制和對(duì)草甘膦產(chǎn)生抗性的闊葉類雜草。該性狀將會(huì)與草甘膦性狀復(fù)合在一起推廣應(yīng)用。
“這個(gè)決定對(duì)農(nóng)民們來講是一個(gè)重要的里程碑。”孟山都公司首席技術(shù)官傅瑞磊博士這樣說道。“我們很驕傲可以為農(nóng)民提供另外一種解決方案,幫助他們高效管理農(nóng)田,從而生產(chǎn)出更多糧食滿足消費(fèi)者的需求。”
2015年4月24日,歐盟委員會(huì)宣布批準(zhǔn)10種新的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品進(jìn)口用于食品和飼料,批準(zhǔn)的有效期為10年。獲批的產(chǎn)品中就包括孟山都公司最新研發(fā)的抗麥草畏性狀大豆。
歐盟委員會(huì)在其官方聲明中指出,這次批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在歐盟上市之前,都通過了全面的審查流程,其中包括由歐洲食品安全局與各成員國(guó)合作實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,證明這些產(chǎn)品是安全的。
大有可為的轉(zhuǎn)基因
土豆是僅次于大米、小麥和玉米的全球第四大主糧。從發(fā)達(dá)國(guó)家到發(fā)展中國(guó)家,數(shù)以百萬計(jì)的人口把土豆作為主要或者重要的營(yíng)養(yǎng)來源。但由于它是無性繁殖作物,所以在育種方面與其它主糧完全不同。缺乏轉(zhuǎn)基因作物保護(hù)技術(shù)導(dǎo)致土豆生產(chǎn)過程中受到病蟲害、微生物和雜草侵害造成的損失高達(dá)70%。
2014年11月,美國(guó)農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物衛(wèi)生檢驗(yàn)局向Simplot公司發(fā)放了InnateTM土豆在美國(guó)的商業(yè)化許可,成為第一款商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因土豆品種。
InnateTM土豆的天冬酰胺含量較低,從而降低了對(duì)人類潛在致癌的丙烯酰胺的生成,去皮后不會(huì)褪色,挫傷時(shí)斑點(diǎn)較少,易貯藏,減少了浪費(fèi)從而有利于糧食安全。批準(zhǔn)InnateTM將為轉(zhuǎn)基因土豆在全球打開新的機(jī)會(huì)窗口。全球土豆的產(chǎn)量損失有22%歸因于真菌和細(xì)菌病原體,有8%歸因于病毒,再加上害蟲造成的18%的損失以及雜草造成的23%的損失,如果沒有作物保護(hù),70%的土豆產(chǎn)量會(huì)損失于科羅拉多甲蟲等害蟲和病毒載體(蚜蟲和葉蟬)以及由真菌、細(xì)菌、各種病毒以及線蟲引起的疾病,這些會(huì)在其所在區(qū)域造成毀滅性損失。
Simplot公司進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查表明,91%的被調(diào)查者對(duì)InnateTM育種方法很放心,生物技術(shù)能夠有效控制土豆因害蟲和疾病所造成的損失。
到2050年將供養(yǎng)90億人口是人類在本世紀(jì)剩余年份里必須面對(duì)的一大挑戰(zhàn)。在小麥和大米綠色革命之后,作物生產(chǎn)率增幅下降。很明顯,僅靠傳統(tǒng)技術(shù)在2050年不能供養(yǎng)90億人口。這就需要更先進(jìn)的糧食作物生產(chǎn)體系來應(yīng)付一系列的變化,包括日益增長(zhǎng)的人口,急速變化的氣候,逐漸減少的資源,逐漸變化的飲食習(xí)慣以及消費(fèi)者對(duì)安全、高質(zhì)量、營(yíng)養(yǎng)豐富且便利的食品的需求。
全球科學(xué)界的一項(xiàng)提議是更好地兼用傳統(tǒng)技術(shù)(適應(yīng)性更好的種質(zhì))和最好的生物技術(shù)(適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)基因和/非轉(zhuǎn)基因性狀),以取得作物生產(chǎn)率在全球15億公頃耕地上的可持續(xù)增長(zhǎng)。很顯然,生物技術(shù)雖然不是解決糧食危機(jī)唯一的解決方案,但注定起著重要的作用,轉(zhuǎn)基因技術(shù)依然是未來發(fā)展之路。
廣泛應(yīng)用
2014年是轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化的第19年,已有28個(gè)國(guó)家的1800萬農(nóng)民種植了1.81億公頃(4.48億英畝)的轉(zhuǎn)基因作物,比2013年27個(gè)國(guó)家的1.75億公頃有所增長(zhǎng)。
數(shù)據(jù)顯示,過去全球147個(gè)已知轉(zhuǎn)基因作物在1995~2014年間產(chǎn)生了多重重大效益:采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)使化學(xué)農(nóng)藥的使用率降低了37%,作物產(chǎn)量提高了22%,農(nóng)民利潤(rùn)增加了68%。
美國(guó)是轉(zhuǎn)基因作物的發(fā)源地,自1996年起,美國(guó)農(nóng)民就開始廣泛種植轉(zhuǎn)基因作物。2014年是美國(guó)轉(zhuǎn)基因發(fā)展的標(biāo)志性年份。當(dāng)年11月,美國(guó)批準(zhǔn)了另一種糧食作物InnateTM土豆,相比傳統(tǒng)品種,它的潛在致癌物質(zhì)丙烯酰胺含量更低,挫傷浪費(fèi)更少。幾乎同一時(shí)間,一種新的轉(zhuǎn)基因作物苜蓿(事件KK179)在美國(guó)獲批種植,其木質(zhì)素減少了22%,從而給飼料提供更多的營(yíng)養(yǎng),更易牲畜消化。
對(duì)于轉(zhuǎn)基因作物,美國(guó)農(nóng)民顯示出了很高的接受度。在美國(guó)種植的第一種耐旱玉米,2014年的種植面積比2013年的5萬公頃增加5倍以上,達(dá)到27.5萬公頃。
一組數(shù)據(jù)顯示,通過“咨詢程序”向美國(guó)食品與藥品監(jiān)督管理局(FDA)提出審批申請(qǐng)的轉(zhuǎn)基因食品產(chǎn)品已經(jīng)超過110種,除轉(zhuǎn)基因西紅柿外,還包括轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花、土豆、亞麻、菜籽、南瓜、木瓜、菊苣、甜菜、水稻、香瓜和小麥等。
這些得益于美國(guó)開明的監(jiān)管體系和有效的監(jiān)管措施。自轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)明伊始,美國(guó)各界就以“可靠科學(xué)基礎(chǔ)原則”為基礎(chǔ)建立了一套獨(dú)特的分散式監(jiān)管體系。目前,美國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)行監(jiān)管的職能根據(jù)其用途分別由農(nóng)業(yè)部、環(huán)保署以及FDA來行使!